ระบบกันดินชั่วคราวคืออะไร ต่างจากกำแพงกันดินถาวรอย่างไร?

ระบบกันดินชั่วคราว คือ โครงสร้างที่ติดตั้งเพื่อค้ำยันดินรอบบ่อขุดไม่ให้พังทลายระหว่างการก่อสร้าง เช่น Sheet Pile, เสาเข็มเจาะเรียงต่อเนื่อง (Contiguous Pile Wall) หรือการขุดแบบลาดเอียง (Cut Slope) ใช้งานเฉพาะช่วงก่อสร้าง เมื่อโครงสร้างใต้ดินเสร็จและถมดินกลับ ระบบกันดินก็หมดหน้าที่

จุดต่างจากกำแพงกันดินถาวรมี 2 เรื่อง คือ อายุการใช้งานและเกณฑ์การออกแบบ

  • ค่าปัจจัยความปลอดภัย (Factor of Safety): งานชั่วคราวรับแรงดันดินช่วงสั้น จึงใช้ค่า F.S. ต่ำกว่างานถาวรได้ (อ่านเกณฑ์ F.S. ของงานถาวรที่ ค่าความปลอดภัยกำแพงกันดินตามกฎหมาย)
  • การตรวจวัดระหว่างขุด: ต้องมีการตรวจวัดพฤติกรรมจริงระหว่างขุดควบคู่เสมอ เพราะความเสี่ยงสูงสุดเกิดขึ้นขณะขุดเปิดหน้าดิน

โจทย์ของโครงการนี้คืออะไร?

📍 รายละเอียดโครงการ

งานออกแบบระบบป้องกันดินชั่วคราวสำหรับบ่อขุดลึก 4.00 เมตร ภายในโครงการก่อสร้างแห่งหนึ่งใน จ.ขอนแก่น — SPN Soil Engineering รับผิดชอบออกแบบ ตรวจสอบเสถียรภาพ และกำหนดเกณฑ์ติดตามการเคลื่อนตัวระหว่างก่อสร้าง

โจทย์มี 2 ข้อ ข้อแรก บ่อขุดอยู่ภายในพื้นที่โครงการที่มีงานก่อสร้างอื่นดำเนินอยู่ จึงต้องควบคุมการเคลื่อนตัวของดินด้านข้างให้อยู่ในเกณฑ์ปลอดภัยตลอดการขุด ข้อสอง ต้องเปิดบ่อรับน้ำ (Sump Pit) ภายในพื้นที่ขุดเพื่อระบายน้ำระหว่างก่อสร้างด้วย

ชั้นดินที่หน้างานเป็นอย่างไร ใช้พารามิเตอร์อะไรออกแบบ?

ชั้นดินแบ่งเป็น 3 ชั้นหลัก คือ ทรายปนดินเหนียว ดินเหนียวแข็งมาก และหินทราย ข้อมูลจากการเจาะสำรวจดินถูกแปลงเป็นพารามิเตอร์ออกแบบตามแบบจำลอง Mohr-Coulomb ดังนี้

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

ชั้นดินUnit Weight (t/m³)c′ / Su (t/m²)φ′ (°)
ทรายปนดินเหนียวแน่นปานกลาง (Medium Dense Clayey Sand)1.8030
ดินเหนียวแข็งมาก (Hard Clay)2.0100
หินทราย (Sandstone)2.41533

การวิเคราะห์คิดน้ำหนักกดทับผิวดิน (Surcharge) 2.0 t/m² เผื่อเครื่องจักรและวัสดุก่อสร้างรอบขอบบ่อ ขั้นตอนนี้ชี้ให้เห็นว่าการเจาะสำรวจดินที่ครอบคลุม (ดูหลักเกณฑ์จำนวนหลุมเจาะและความลึก) คือจุดเริ่มต้นของงานออกแบบกันดินที่แม่นยำ

เลือกใช้ระบบกันดินแบบไหน?

ผู้ออกแบบเลือกใช้ระบบผสม 2 ส่วนตามสภาพพื้นที่ คือ กำแพงเสาเข็มเจาะในด้านที่พื้นที่จำกัด และลาดขุดในด้านที่มีพื้นที่เพียงพอ

  • Contiguous Pile Wall: เสาเข็มเจาะคอนกรีตเสริมเหล็ก Dia 0.35 ม. เรียงต่อเนื่องระยะห่าง 0.40 ม. (ช่องว่างระหว่างต้นไม่เกิน 0.05 ม.) พร้อมคานยึดหัวเข็ม (Cap Beam) ขนาด 0.65×0.60 ม. ใช้ในด้านที่พื้นที่จำกัดหรือใกล้สิ่งปลูกสร้าง
  • Cut Slope 1:1: ขุดลาดเอียง 45° ในด้านที่มีพื้นที่เพียงพอ พร้อมเทคอนกรีตหยาบ (Lean Concrete) หนา 10 ซม. ป้องกันผิวลาดถูกกัดเซาะ
รูปตัดเชิงแนวคิดระบบกันดินชั่วคราวของบ่อขุดลึก 4.00 เมตร: ลาดขุด Cut Slope 1:1 ด้านหนึ่ง และ Contiguous Pile Wall อีกด้านหนึ่ง พร้อมลำดับการขุดและ Inclinometer รูปตัดบ่อขุดลึก 4.00 เมตร ด้านซ้ายขุดเป็นลาดเอียง 1:1 เทคอนกรีตหยาบหนา 10 เซนติเมตรคลุมผิวลาด ค่า Factor of Safety ของลาดขุดเท่ากับ 5.092 ด้านขวาเป็นกำแพงเสาเข็มเจาะเรียงต่อเนื่อง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.35 เมตร ระยะห่าง 0.40 เมตร มีคานยึดหัวเข็มขนาด 0.65×0.60 เมตร เส้นประแนวนอนแสดงระดับขุดขั้นที่ 1 ที่ลบ 1.00 เมตร ขั้นที่ 2 ที่ลบ 2.00 เมตร และก้นบ่อที่ลบ 4.00 เมตร ที่ก้นบ่อมีบ่อรับน้ำ (Sump Pit) ด้านหลังกำแพงมีท่อ Inclinometer วัดการเคลื่อนตัวด้านข้าง และมีน้ำหนักกดทับผิวดิน 2.0 ตันต่อตารางเมตร ชั้นดินจากบนลงล่างคือ ทรายปนดินเหนียวแน่นปานกลาง ดินเหนียวแข็งมาก และหินทราย แถบล่างแสดงลำดับก่อสร้าง 6 ขั้นพร้อมค่า F.S. ได้แก่ 11.32 ที่ลบ 1.00 เมตร 7.51 ที่ลบ 2.00 เมตร 4.57 ที่ลบ 4.00 เมตร และ 4.57 เมื่อเปิดบ่อรับน้ำ และค่าการเคลื่อนตัวสูงสุดที่ยอมรับได้ 1.8 3.4 5.9 และ 5.7 มิลลิเมตรตามลำดับ รูปตัด (2D): บ่อขุดลึก 4.00 ม. · Cut Slope + Contiguous Pile Wall ภาพเชิงแนวคิด · ไม่ตามมาตราส่วน น้ำหนักกดทับ 2.0 t/m² ขุดลึก 4.00 ม. Phase 3 · −1.00 ม. Phase 4 · −2.00 ม. Phase 5 · −4.00 ม. ก้นบ่อ Cut Slope 1:1 (45°) Lean Concrete หนา 10 ซม. F.S. = 5.092 Contiguous Pile Wall เสาเข็มเจาะ Dia 0.35 ม. @ 0.40 ม. Cap Beam 0.65×0.60 ม. Inclinometer วัดการเคลื่อนตัวด้านข้าง เทียบ Trigger Level ทุก Phase Phase 6 · บ่อรับน้ำ (Sump Pit) ทรายปนดินเหนียว γ 1.8 t/m³ · φ′ 30° ดินเหนียวแข็งมาก (Hard Clay) γ 2.0 t/m³ · Su 10 t/m² หินทราย (Sandstone) γ 2.4 t/m³ · c′ 15 t/m² · φ′ 33° ไม่ระบุความลึกชั้นดิน ลำดับก่อสร้าง 6 ขั้น · เกณฑ์งานชั่วคราว F.S. ≥ 1.30 1 ติดตั้งเสาเข็มกันดิน ตามแนวขอบบ่อขุด 2 อ่านค่าเริ่มต้น ติดตั้ง Inclinometer 3 ขุดถึง −1.00 ม. F.S. 11.32 4 ขุดถึง −2.00 ม. F.S. 7.51 5 ขุดถึง −4.00 ม. F.S. 4.57 · ก้นบ่อ 6 เปิด Sump Pit F.S. 4.57 ค่าเคลื่อนตัวสูงสุดที่ยอมรับได้ Phase 3 1.8 มม. Phase 4 3.4 มม. Phase 5 5.9 มม. Phase 6 5.7 มม. Alarm 70% · Alert 80% · Action 90% ของค่าออกแบบในแต่ละ Phase
รูปตัดเชิงแนวคิดของบ่อขุดลึก 4.00 ม. — Cut Slope 1:1 ด้านหนึ่ง Contiguous Pile Wall อีกด้านหนึ่ง พร้อมระดับขุดแต่ละ Phase ค่า F.S. และค่าการเคลื่อนตัวสูงสุดที่ยอมรับได้ ตัวเลขมาจากผลออกแบบของโครงการ ภาพไม่ระบุความลึกชั้นดินและไม่ตามมาตราส่วน (ภาพ: SPN Soil Engineering)
แบบแปลนและรูปตัด Contiguous Pile Wall Dia 0.35 ม. ระยะห่าง 0.40 ม. งานขุดลึก 4 เมตร แบบ GE-01
แบบ GE-01 — แปลนและรูปตัด Contiguous Pile Wall Dia 0.35 ม. @ 0.40 ม. ร่วมกับ Cut Slope 1:1 สำหรับบ่อขุดลึก 4.00 ม. (แบบ: SPN Soil Engineering)
แบบขยายรายละเอียดเสาเข็มกันดินและ Cap Beam พร้อมภาพ 3 มิติ Contiguous Pile Wall แบบ GE-02
แบบ GE-02 — รายละเอียดการเสริมเหล็กเสาเข็มกันดิน, Cap Beam และภาพ 3 มิติของระบบ Contiguous Pile Wall (แบบ: SPN Soil Engineering)

วิเคราะห์เสถียรภาพด้วย FEM อย่างไร?

การวิเคราะห์ใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method, FEM) จำลองลำดับขั้นตอนการก่อสร้างจริง (Staged Construction) 6 ขั้นตอน เพื่อดูการเคลื่อนตัวของดินและเสถียรภาพในแต่ละจังหวะการขุด ไม่ใช่ดูเฉพาะสภาพสุดท้าย

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

Phaseขั้นตอนการก่อสร้างรายละเอียด
1Install Bored Pile Wallติดตั้งเสาเข็มเจาะกันดินตามแนวขอบบ่อขุด
2Initial Inclinometer Readingติดตั้งท่อ Inclinometer และวัดค่าอ้างอิงเริ่มต้น
31st Excavationขุดขั้นที่ 1 ถึงระดับ −1.00 ม. พร้อมตรวจวัด
42nd Excavationขุดขั้นที่ 2 ถึงระดับ −2.00 ม. พร้อมตรวจวัด
5Final Excavationขุดถึงก้นบ่อระดับ −4.00 ม. เตรียมก่อสร้างโครงสร้างใต้ดิน
6Open Sump Pitเปิดบ่อรับน้ำภายในพื้นที่ขุดเพื่อระบายน้ำระหว่างก่อสร้าง
ผลวิเคราะห์ FEM การเคลื่อนตัวแนวราบ ux ขั้นตอนติดตั้งเสาเข็มเจาะกันดิน Install Bore Pile
ผล FEM: การเคลื่อนตัวแนวราบ (Total displacements ux) ขั้นตอนติดตั้งเสาเข็มเจาะกันดิน (ภาพ: SPN Soil Engineering)
ผลวิเคราะห์ FEM การเคลื่อนตัวแนวดิ่ง uy ขั้นตอนติดตั้งเสาเข็มเจาะกันดิน Install Bore Pile
ผล FEM: การเคลื่อนตัวแนวดิ่ง (Total displacements uy) ขั้นตอนติดตั้งเสาเข็มเจาะกันดิน (ภาพ: SPN Soil Engineering)
ผลวิเคราะห์ FEM การเคลื่อนตัวแนวราบ ux ขั้นตอนเปิดบ่อรับน้ำ Open Sump Pit ที่ระดับขุดลึก 4 เมตร
ผล FEM: การเคลื่อนตัวแนวราบ (ux) ขั้นตอนสุดท้าย Open Sump Pit — จังหวะวิกฤตที่สุดของงานขุด (ภาพ: SPN Soil Engineering)
ผลวิเคราะห์ FEM การเคลื่อนตัวแนวดิ่ง uy ขั้นตอนเปิดบ่อรับน้ำ Open Sump Pit ที่ระดับขุดลึก 4 เมตร
ผล FEM: การเคลื่อนตัวแนวดิ่ง (uy) ขั้นตอน Open Sump Pit (ภาพ: SPN Soil Engineering)

ผลค่าปัจจัยความปลอดภัย (F.S.) แต่ละขั้นตอนเป็นอย่างไร?

ค่า F.S. อยู่ระหว่าง 4.57–11.32 และลดลงตามความลึกของการขุด เพราะแรงดันดินด้านข้างและการปลดปล่อยความเค้นเพิ่มขึ้น แต่ทุกขั้นตอนยังสูงกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำสำหรับงานชั่วคราว F.S. ≥ 1.30 ที่ผู้ออกแบบกำหนด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของแต่ละโครงการ

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

Analysis Caseขั้นตอนการขุดFactor of Safety
FS 11st Excavation (−1.00 ม.)11.32
FS 22nd Excavation (−2.00 ม.)7.51
FS 33rd Excavation (−4.00 ม.)4.57
FS 4Open Sump Pit / Final Stage4.57

ลาดขุด Cut Slope มีเสถียรภาพแค่ไหน?

ลาดขุดมีเสถียรภาพเพียงพอตลอดช่วงก่อสร้าง ด้านที่ขุดแบบลาดเอียง 1:1 ตรวจสอบเสถียรภาพลาดดินแยกอีกชั้นด้วยวิธี Limit Equilibrium ได้ค่า Factor of Safety = 5.092 สูงกว่าเกณฑ์งานชั่วคราวมาก (อ่านหลักการคำนวณได้ที่ เสถียรภาพลาดดินและค่า F.S.)

ผลวิเคราะห์เสถียรภาพลาดขุด Cut Slope 1:1 ลึก 4 เมตร ได้ค่า Factor of Safety 5.092
ผลวิเคราะห์เสถียรภาพลาดขุด Cut Slope 1:1 ลึก 4 ม. — Factor of Safety = 5.092 พร้อมพารามิเตอร์ดิน 3 ชั้นแบบ Mohr-Coulomb (ภาพ: SPN Soil Engineering)

เสาเข็มกันดินเสริมเหล็กอย่างไร?

แรงดัด แรงเฉือน และแรงตามแนวแกนที่ได้จาก FEM ถูกนำมาตรวจสอบกำลังหน้าตัดคอนกรีตเสริมเหล็กของเสาเข็ม สรุปเป็นรายละเอียดการเสริมเหล็ก ดังนี้

  • เสาเข็มเจาะ Dia 0.35 ม.: เหล็กยืน 6-DB16 (SD40, fy = 4,000 ksc) + เหล็กปลอกเกลียว RB9 @ 0.15 ม. ระยะหุ้มคอนกรีต 5 ซม.
  • Cap Beam 0.65×0.60 ม.: เหล็กยืน 4-DB20 บน–ล่าง + เหล็กปลอก RB9 @ 0.125 ม.
  • กำลังคอนกรีต: โครงสร้างใช้ fc′ = 280 ksc (ตรวจสอบหน้าตัดที่ค่าประกัน 240 ksc)

ผลตรวจสอบหน้าตัดผ่านเกณฑ์ทุกรายการ อัตราส่วนกำลังต่อแรงที่ต้องการ Sn/U = 1.76, Mn/Mu = 1.90 และ Pn/Pu = 4.89 (ทุกค่าต้องมากกว่า 1.00)

Interaction Diagram ตรวจสอบกำลังหน้าตัดเสาเข็มเจาะ Dia 0.35 เมตร เสริมเหล็ก 6-DB16
Interaction Diagram ตรวจสอบกำลังหน้าตัดเสาเข็มเจาะ Dia 0.35 ม. เสริมเหล็ก 6-DB16 — จุดแรงที่เกิดขึ้นจริงอยู่ภายในเส้นขอบเขตกำลังหน้าตัด (ภาพ: SPN Soil Engineering)

ทำไมต้องติดตามด้วย Inclinometer ระหว่างขุด?

เพราะผลวิเคราะห์ FEM เป็นเพียงการคาดการณ์ ของจริงต้องพิสูจน์ด้วยการตรวจวัด โครงการนี้จึงกำหนดให้ติดตั้ง Inclinometer วัดการเคลื่อนตัวด้านข้างของดิน แล้วเทียบกับเกณฑ์ควบคุม (Trigger Level) 3 ระดับที่คิดจากเปอร์เซ็นต์ของค่าเคลื่อนตัวออกแบบในแต่ละ Phase (อ่านหลักการทำงานของเครื่องมือที่ Inclinometer คืออะไร และดูเครื่องมือชนิดอื่นที่ใช้ในงานลักษณะนี้ที่ เครื่องมือวัดทางธรณีเทคนิค 10 ชนิด)

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

Trigger LevelPhase 3
(−1 ม.)		Phase 4
(−2 ม.)		Phase 5
(−4 ม.)		Phase 6
(Sump Pit)
Alarm (70%) — แจ้งผู้ออกแบบ เฝ้าระวัง1.3 มม.2.4 มม.4.1 มม.4.0 มม.
Alert (80%) — ทบทวนขั้นตอน เพิ่มความถี่วัด1.4 มม.2.7 มม.4.7 มม.4.6 มม.
Action (90%) — หยุด/ชะลองาน กำหนดมาตรการแก้ไข1.6 มม.3.1 มม.5.3 มม.5.1 มม.
Maximum — ค่าสูงสุดที่ยอมรับได้1.8 มม.3.4 มม.5.9 มม.5.7 มม.

ระบบ Trigger Level แบบนี้ทำให้ทุกฝ่ายรู้ล่วงหน้าว่าค่าเท่าไหร่ต้องทำอะไร ไม่ต้องรอให้เกิดความเสียหายก่อนจึงตัดสินใจ ถือเป็นหัวใจของการบริหารความเสี่ยงงานขุดลึกสมัยใหม่

แบบจำลอง 3 มิติเชิงแนวคิด มุมหนึ่งของบ่อขุดลึก 4 เมตร: ลาดขุด Cut Slope กำแพง Contiguous Pile Wall บ่อรับน้ำ และ Inclinometer ภาพสามมิติตัดให้เห็นมุมหนึ่งของบ่อขุดลึก 4.00 เมตร ด้านหลังซ้ายเป็นลาดขุด 1:1 คลุมผิวด้วยคอนกรีตหยาบ ด้านหลังขวาเป็นกำแพงเสาเข็มเจาะเรียงต่อเนื่อง ขนาด 0.35 เมตร ระยะห่าง 0.40 เมตร มีคานยึดหัวเข็มอยู่ด้านบน บนแนวกำแพงมีเส้นประแสดงระดับขุดขั้นที่ 1 ที่ลบ 1.00 เมตร และขั้นที่ 2 ที่ลบ 2.00 เมตร ก้นบ่ออยู่ที่ลบ 4.00 เมตร มีบ่อรับน้ำ (Sump Pit) และมีคนยืนเทียบขนาด บนผิวดินหลังกำแพงมีลูกศรแทนน้ำหนักกดทับ 2.0 ตันต่อตารางเมตร หน้าตัดด้านขวาแสดงเสาเข็มที่ปลายฝังต่ำกว่าก้นบ่อ และท่อ Inclinometer ในดินหลังกำแพงที่โก่งเข้าหาบ่อขุดโดยวาดขยายเกินจริง หน้าตัดแสดงชั้นดินสามชั้น คือ ทรายปนดินเหนียว ดินเหนียวแข็งมาก และหินทราย กรอบด้านขวาอธิบายเกณฑ์ควบคุมสามระดับ Alarm 70 เปอร์เซ็นต์ Alert 80 เปอร์เซ็นต์ และ Action 90 เปอร์เซ็นต์ของค่าออกแบบ แบบจำลอง 3 มิติ (3D): มุมบ่อขุดลึก 4 ม. และระบบกันดินชั่วคราว แผนภาพไม่ตามมาตราส่วน −1.00 ม. −2.00 ม. ก้นบ่อ −4.00 ม. ทรายปนดินเหนียว ดินเหนียวแข็งมาก หินทราย 1 Contiguous Pile Wall + Cap Beam เสาเข็มเจาะ Dia 0.35 ม. @ 0.40 ม. 2 น้ำหนักกดทับ 2.0 t/m² เครื่องจักร · วัสดุรอบขอบบ่อ 3 Cut Slope 1:1 Lean Concrete 10 ซม. 4 บ่อรับน้ำ (Sump Pit) Phase 6 · ระบายน้ำระหว่างก่อสร้าง 5 Inclinometer โก่งเข้าหาบ่อขุด (วาดขยายเกินจริง) อ่านค่าแล้วต้องทำอะไร เกณฑ์ควบคุม (Trigger Level) คิดเป็น % ของค่าเคลื่อนตัวออกแบบ Alarm 70% แจ้งผู้ออกแบบ เฝ้าระวัง Alert 80% ทบทวนขั้นตอน เพิ่มความถี่การวัด Action 90% หยุดหรือชะลองาน กำหนดมาตรการแก้ไข ค่าสูงสุดที่ยอมรับได้ Phase 3 (−1.00 ม.) 1.8 มม. Phase 4 (−2.00 ม.) 3.4 มม. Phase 5 (−4.00 ม.) 5.9 มม. Phase 6 (Sump Pit) 5.7 มม. F.S. จาก FEM 4.57–11.32 สูงกว่าเกณฑ์งานชั่วคราว ≥ 1.30 ภาพเชิงแนวคิด · ไม่ระบุ ความลึกชั้นดินและตำแหน่งท่อจริง
แบบจำลอง 3 มิติเชิงแนวคิดของมุมบ่อขุด — ลาดขุด กำแพงเสาเข็มเจาะพร้อม Cap Beam บ่อรับน้ำ และท่อ Inclinometer หลังกำแพง (การโก่งวาดขยายเกินจริง) พร้อมเกณฑ์ควบคุม 3 ระดับ (ภาพ: SPN Soil Engineering)

สรุป: บทเรียนจากงานออกแบบระบบกันดินชั่วคราว

งานออกแบบระบบกันดินชั่วคราวที่ครบวงจรต้องมีทั้งฝั่งออกแบบและฝั่งควบคุมระหว่างก่อสร้าง Case Study นี้สะท้อนขั้นตอนมาตรฐาน คือ เจาะสำรวจดิน → เลือกระบบกันดินให้เหมาะกับพื้นที่ → วิเคราะห์ FEM ตามลำดับขั้นการก่อสร้าง → ตรวจสอบกำลังโครงสร้าง → กำหนดเกณฑ์ติดตามด้วย Inclinometer

ทั้งนี้ ตัวเลขทั้งหมดในบทความ (ขนาดเสาเข็ม ระยะเหล็กเสริม ค่า F.S. และ Trigger Level) เป็นผลออกแบบเฉพาะของโครงการนี้ตามสภาพชั้นดินจริงที่หน้างาน ไม่สามารถนำไปใช้กับโครงการอื่นได้โดยตรง งานขุดลึกทุกโครงการต้องออกแบบใหม่โดยวิศวกรตามข้อมูลเจาะสำรวจดินของพื้นที่นั้น

SPN Soil Engineering ให้บริการครบตั้งแต่เจาะสำรวจดิน ออกแบบวิศวกรรมธรณี (ระบบกันดิน ฐานราก เสถียรภาพลาดดิน) ไปจนถึงติดตั้งเครื่องมือวัดและติดตามพฤติกรรมระหว่างก่อสร้าง ด้วยประสบการณ์กว่า 20 ปี รับงานทั่วประเทศ ปรึกษาโครงการของคุณได้ฟรี